刘明宇 弓星星 田文东 安廷 韩金阳 石天阳 张小辉 高珂 智巍 孙长征
内蒙古电力（集团）有限责任公司锡林郭勒超高压供电局
摘要:氧化锌避雷器(简称“MOA”)是变电站内保护变压器、母线的重要设备,具有非常好的非线性伏安特性。但是ZnO阀片将长期直接承受工频电压作用而产生劣化,引起避雷器伏安特性的变化和泄漏电流的增加。在多次释放雷电能量时会造成MOA劣化和老化,如果不及时处理会引起避雷器爆炸。本文介绍氧化锌避雷器在线监测技术的原理,通过该技术在石家庄供电公司的应用实例,验证其能够及时发现氧化锌避雷器的缺陷,并提出该技术的推广应用的建议。
关键词:氧化锌避雷器;在线监测;阻性电流;ZnO阀片
1 概述
当MOA结构不良,密封不严而使避雷器内部构件和阀片受潮时,会导致运行中避雷器泄漏电流Ix增加,其中阻性电流Ir增加更加迅速,导致ZnO阀片温度上升而发生热崩溃,也可能造成避雷器爆炸事故。为避免上述事故的发生,需要监测MOA的阻性电流,以便能实时有效地了解其运行状况,为避雷器的安全运行提供保障。随着电力设备的大容量化、高电压化、结构多样化及密封化,常规停电预防性试验已不能适应带电测试的要求,因此,在线监测技术应运而生。在线监测技术是在运行电压下,采用专用仪器测试电力设备的绝缘参数,能真实地反映电力设备在运行条件下的绝缘状况,有利于检测出内部绝缘缺陷。同时,带电测试可以不受停电时间限制,可以随时进行测试,其测试结果便于相互比较,并且可以测得较多带电测试数据,从而对设备绝缘进行可靠的统计分析,有利于保证电力设备的安全运行。
2 MOA在线监测技术的原理
第一全电流法。将动作计数器和万用表串联在MOA底部和地之间以在线连续监测，通过对比全电流增长来对设备进水受潮进行判断。分析全电流数据时要纵向比较，注意环境温度、表面污染、运行电压以及相对湿度等的影响。该检测方法便捷可靠，操作性很强，然而针对老化反应以及早期受潮较为迟钝，主要因为这两种情况下阻性电流变化微弱，全电流不会受太大影响。我国现在采用光纤取样技术来对全电流进行监测，泄露电流中的数据远传以及高压隔离等问题得以解决，在无人值守的变电站内很适用，能实现对避雷器的泄露电流进行自动检测，对电流超标能够自动报警。然而它灵敏性不足，易受到干扰。第二高次谐波法。MOA的三次谐波会通过分量上升形式来反映早期老化时的温度变化。应用MOA电流测试仪来对三次谐波电流进行测量，通过厂家提供的系数相关曲线(老化前后三次阻性谐波电流)来对其运行工况进行判断。母线电压中存在谐波时，产生的容性谐波电流能让测量结果偏差。在高次谐波法中，零序电流法较为特殊，它在三相MOA接地线内测出三相谐波电流的总和来分析MOA运行情况。第三基波电流法。它能通过基波电流数值来掌握MOA运行情况。它用FFT来运算CT全电流信号以及PT电压，对基波的电压和电流提取出来，在基波电压中对基波电流进行投影来获取基波阻性电流。该方法不易受电网谐波干扰，具有较高的精确度。MOA健康情况会通过基波功耗来进行反应，然而从PT上来获取信号会出现相角差，安全性还不能保证，所以常导致PT二次短路。第四基于温度测量方法。MOA能量损耗及能量吸收能力会影响到温度。振荡器产生高频信号，阀片间的声表面波传感器对信号接收再反射附有温度信息的信号。高频信号发射后会参照温度信号来产生温度信号波形，MOA的运行状态能够有效诊断出来。该方法信号都是超高频，不易受现场影响，此外它还能对避雷器表面污染影响泄露电流的大小进行监测。然而它只能在在线监测的避雷器中应用，如果避雷器已投入运行就不能使用。第五阻性电流法。过去阻性电流法会通过钳形电流传感器得到全电流，然后将用电压互感器二次测量获取的电压信号相位向前移动90°。再适当放大电路来对补偿MOA总泄露电流容性部分进行抵消，来得出阻性电流。该方法需要电流传感器有高质量的磁芯，防止导致角差及受到容性高次谐波电流的影响。现如今阻性电流法有需要改进的新方法，例如容性电流补偿法、多元补偿法等。
3 MOA在线监测技术的应用——以某公司为例
某供电公司曾用MOA带电测试仪检测出MOA存在的以下缺陷。
3.1 底座绝缘损坏
2009年11月6日该供电公司变电站110kV2号母线避雷器的带电测试发现V相固定底座的螺丝脱落,将底座与地短接,致使V相底座绝缘为0,出现计数器电流表指针不起的现象。测试数据见表1。
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通过分析可知:V相阻性电流变化率为(14077)/77=81.8%,横向比较V相所测数据,77/121=64%,77/148=52%,约为U、W相的一半,纵向比较U、W相数据与夏季测量结果无明显变化(夏季温度高,测量结果一般比冬季大)。
3.2 ZnO阀片击穿
2010年6月13日,对2号主变压器10kV出口避雷器进行带电测试时,发现W相避雷器阻性电流与上次试验数值相比增大118%,有显著的变化。经分析,W相避雷器由于运行时间长达23年,氧化锌阀片老化严重,建议停电检查测试,数据见表2。
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经分析认为:W相阻性电流变化率为(13562)/62=118%,增大太多,严重超标。认为ZnO阀片可能由于电网暂态的过电压,使其内部出现阀片局部击穿,此时ZnO阀片的运行方式在伏安特性曲线中的Ⅱ部分(非线性区)[2],应立即对避雷器进行直流1mA停电例行试验,检查有无受潮、老化或者绝缘局部击穿缺陷。
4 结束语
电气设备故障时有发生的主要原因之一是由于现有的试验项目和方法往往难以保证在这一个周期内不发生故障。由于绝大多数故障在事故前都有先兆,这就要求发展一种连续或每隔一段时间采集1次数据的监测技术,在线监测就是在这种情况下产生的。MOA在实际应用过程中容易受到阀片老化、绝缘部件损坏以及受潮污染等影响而导致性能不足，这就需要对其进行在线监测。目前针对MOA的监测方法众多，这些方法在应用上各有优劣，这就需要在监测是根据实际情况综合选择。对避雷器进行在线监测时，应归纳总结正常运行电流的变化范围，以便与异常情况进行分析判断。
参考文献:
[1] 成永红.电力设备绝缘检测与诊断[M].北京:中国电力出版社,2004.
[2] 周泽村,沈其工,方 瑜.高电压技术[M].北京:中国电力出版社,2005.
[3]赵冬一．智能变电站用金属氧化物避雷器在线监测技术的研究发展［J］．电瓷避雷器，2013，05:66－72．
[4]肖世晏，张延斌，王培新，石山．金属氧化物避雷器在线监测器及故障脱离器［J］．农村电气化，2012，11:54－55．